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　　荷蘭代爾夫特理工大學(xué)（TU Delft）的中國博士韓李豪（Lihao Han）和德國亥姆霍茲柏林太陽能燃料研究所（HZB）的博士后阿布迪(Fatwa F. Abdi)，近期研發(fā)成功一款基于釩酸鉍薄膜和硅基薄膜的太陽能器件。研究人員將該器件置于溶液中并加以光照，金屬氧化物端會(huì)電解水產(chǎn)生氧氣，同時(shí)會(huì)在對(duì)電極制得氫氣。這項(xiàng)技術(shù)讓光生制氫技術(shù)取得了重大突破，實(shí)現(xiàn)了金屬氧化物太陽能電解水的世界最高轉(zhuǎn)化紀(jì)錄：5%。



　　隨著光伏技術(shù)的大力發(fā)展，如何清潔、高效、廉價(jià)地對(duì)太陽能進(jìn)行存儲(chǔ)已經(jīng)成為一項(xiàng)急需解決的科學(xué)問題。光電化學(xué)（Photoelectrochemistry）的方法在近些年逐步成為了各大高校和研究機(jī)構(gòu)的研究熱點(diǎn)。

　　研究人員提出了氧化鈦（TiO2）、氧化亞銅（Cu2O）、氧化鎢（WO3）等不同的材料來嘗試太陽能制氫。但是至今卻未能有一種主流的材料得到大范圍的應(yīng)用，原因是得到大范圍應(yīng)用的光電化學(xué)材料必須是廉價(jià)的，并且能在酸性或者堿性的電解液中長時(shí)間穩(wěn)定高效地工作。

　　韓李豪（Lihao Han）說：“我們的科研團(tuán)隊(duì)提出了一種高性能的光電化學(xué)器件。我們選用了釩酸鉍（BiVO4）作為光生陽極。釩酸鉍是一種廣泛應(yīng)用于黃色顏料工業(yè)和汽車工業(yè)的廉價(jià)金屬氧化物材料，應(yīng)用于制氫具有巨大的成本優(yōu)勢(shì)。通過改變鎢摻雜的濃度，在我們的器件中材料的能帶結(jié)構(gòu)發(fā)生了彎曲，產(chǎn)生的載流子更加有效地向兩極分離，從而提高了光生制氫的效率。在金屬氧化物層的背面，我們集成了非晶硅薄膜疊層電池（a-Si:H/a-Si:H）技術(shù)。非晶硅薄膜電池的光學(xué)帶隙小于釩酸鉍的光學(xué)帶隙，因此它能吸收釩酸鉍未完全利用的綠光、紅光、近紅外光，為反應(yīng)的發(fā)生提供了足夠的電壓。”

　　科學(xué)家們開發(fā)的這套低成本的系統(tǒng)通過太陽光將水分解成氫氣和氧氣，這使得太陽能可以被轉(zhuǎn)換成氫能并存儲(chǔ)起來。其中新型的器件結(jié)構(gòu)，能帶結(jié)構(gòu)的彎曲，太陽能全光譜的吸收利用，新型光捕獲等關(guān)鍵技術(shù)，為下一步的研究提供了新方向和新思路。

　　該研究團(tuán)隊(duì)中，韓李豪畢業(yè)于中國清華大學(xué)，現(xiàn)為美國加州理工學(xué)院(Caltech)訪問學(xué)者和荷蘭代爾伏特理工大學(xué)博士研究員；阿布迪畢業(yè)于新加坡南洋理工大學(xué)，美國麻省理工學(xué)院(MIT)訪問學(xué)者，荷蘭代爾伏特理工大學(xué)博士，現(xiàn)為德國亥姆霍茲柏林太陽能燃料研究所（HZB）的博士后研究員。

　　相關(guān)成果發(fā)表在2014年1月2日出版的《物理化學(xué)及化學(xué)物理》（Phys. Chem. Chem. Phys.）和《自然—通訊》（Nature Communication）雜志上。

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